JP4470187B2 - 超音波装置、超音波撮像プログラム及び超音波撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体の関心領域を超音波像に描出させる超音波撮像技術に関する。

被検体に関する超音波像を撮像する超音波装置は、超音波探触子に送波用の駆動信号を供給して被検体に超音波を送波し、被検体から生じた反射エコーを超音波探触子で受信し、その受信信号に基づき超音波像（例えば、超音波断層像）を再構成して表示する。

このような超音波装置においては、被検体の治療効果を確認する場合や、超音波治療を施す場合などは、被検体に前もって設定した関心領域を超音波断層像に再描画させることが行われる。

例えば、被検体を治療する前に、被検体に関する三次元画像データ（以下、ボリュームデータという）が取得される。次に、ボリュームデータに被検体の治療部位が関心領域として設定される。そして、被検体を治療した後又は治療中に、超音波探触子の位置や傾きを調整することにより、超音波探触子のスキャン面が関心領域の位置に合わせられる。これによって治療後又は治療中の関心領域が超音波断層像に再描画される。また同時に、超音波断層像と同一断面のリファレンス画像つまり治療前の関心領域の画像がボリュームデータから構成される。このような撮像手法については、特許文献（JP10-151131A）に記載されている。

しかし、上記の特許文献のような方式では、超音波像に関心領域を再描画させるに際し、表示中の超音波像を目視しながら、超音波探触子の位置や傾きを調整する作業が余儀なくされる。このような作業は、操作者の経験則や直感に頼って行われるため、超音波像に関心領域を再描画させる正確性や所要時間が操作者の異同に左右される場合がある。

本発明の目的は、被検体の関心領域を超音波像に再描画するのにより好適な超音波装置を実現することにある。

上記目的を実現するために、本発明の超音波装置は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、該超音波探触子に送波用駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を構成する画像構成部と、前記超音波像を表示する表示手段とを備えている。また、前記被検体に関するボリュームデータを取り込む取得手段と、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する関心領域設定手段とを有している。そして、前記超音波探触子の位置データと、前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して前記表示手段に表示させ、関心領域に対する超音波探触子の距離に応じてガイド情報の色を変化させるガイド情報生成手段を有することを特徴とする。

本発明の望ましい一実施例によれば、ガイド情報は、撮像中の超音波探触子の位置や傾きを目標状態に案内するための客観的指標として表示される。目標状態とは、被検体に予め設定された関心領域の位置がスキャン面に含まれる際の超音波探触子の位置や傾きである。このようなガイド情報を視認することにより、超音波探触子の目標移動方向や目標移動量や目標傾斜角などを定量的に把握できる。その結果、ガイド情報に従って超音波探触子の位置や傾きを調整すると、操作者の異同にかかわらず、超音波像に関心領域が的確かつ簡単に再描画される。また、ガイド情報生成手段は、例えば超音波探触子の位置データと関心領域の位置データとに基づき、超音波探触子の目標移動方向を示す矢印画像をガイド情報として生成して表示し、関心領域に対する超音波探触子の距離に応じて矢印画像の矢印の幅や色を変化させることができる。

また、本発明の超音波撮像プログラムは、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子に送波用駆動信号を供給する手順と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する手順と、前記受信処理後の信号に基づき超音波像を構成する手順と、前記超音波像を表示する手順とを制御用コンピュータに実行させるものである。また、前記被検体に関するボリュームデータを取り込む手順と、前記ボリュームデータに基づいて断層画像を構成する手順と、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する手順とを前記制御用コンピュータに実行させる。そして、前記超音波探触子の位置データと、前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して表示手段に表示させ、関心領域に対する超音波探触子の距離に応じてガイド情報の色を変化させる手順を前記制御用コンピュータに実行させることを特徴とする。

また、本発明の超音波撮像方法は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子に送波用駆動信号を供給する工程と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する工程と、前記受信処理後の信号に基づき超音波像を構成する工程と、前記超音波像を表示する工程とを備えている。また、前記被検体に関するボリュームデータを取り込む工程と、前記ボリュームデータに基づいて断層画像を構成する工程と、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する工程とを有している。そして、前記超音波探触子の位置データと、前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して表示手段に表示させ、関心領域に対する超音波探触子の距離に応じてガイド情報の色を変化させる工程を有することを特徴とする。

本発明を適用した一実施形態の超音波装置の構成を示すブロック図である。 図１の超音波装置の準備工程を示すフローチャートである。 図１の超音波装置の撮像工程を示すフローチャートである。 関心領域を設定する画面の表示例を示す図である。 ガイド情報の表示例を示す図である。 探触子のスキャン面を関心領域の位置に誘導するガイド情報が表示された例を示す図である。 模型画像が表示された形態を示す図である。 他のガイド情報の表示例を示す図である。 関心領域を設定する画面の他の表示例を示す図である。 目標断面の設定画面の表示例を示す図である。 図５の表示画面に図９及び図１０の設定画面を並べて表示した例を示す図である。

本発明を適用した超音波装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、超音波装置は、被検体Ｈとの間で超音波を送受する超音波探触子１０（以下、探触子１０という）と、探触子１０に送波用の駆動信号を供給すると共に探触子１０から出力される受信信号を処理する送受信部１２と、送受信部１２から出力される受信信号に基づき超音波像（例えば、超音波断層像）を構成する画像構成部としての超音波像構成部１４と、超音波像構成部１４により構成された超音波断層像を画面に表示する表示手段としての画像表示部１６などから構成されている。

ここで本実施形態の超音波装置は、探触子１０の目標移動方向や目標移動量や目標傾斜角などを示すガイド情報を生成する手段としてのガイド情報演算部２０を備えている。ガイド情報演算部２０は、探触子１０の位置データと、予め取得した被検体Ｈに関するボリュームデータに設定の関心領域の位置データとに基づき、探触子１０のスキャン面を被検体Ｈの関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して画像表示部１６に表示させる。

より詳細に超音波装置について説明をする。探触子１０は、診断用振動子が複数配列されている。振動子は、送受信部１２から供給される電気的な送波用駆動信号を超音波に変換して被検体Ｈに向けて射出する。また振動子は、被検体Ｈから生じた反射エコーを受波して電気的な受信信号に変換する。診断用振動子に加えて治療用振動を複数配列してもよい。その場合、治療用振動子から送波される超音波は、その周波数が診断用振動子よりも小さく設定される。そして、探触子１０から出力された受信信号は、送受信部１２により処理される。

送受信部１２は、探触子１０に送波用の駆動信号を供給する送信手段と、探触子１０から出力される受信信号を処理する受信手段とを有する。受信手段は、探触子１０から出力される受信信号に対し、増幅処理や整相処理を施した後、超音波像構成部１４に出力する。

超音波像構成部１４は、送受信部１２から出力された受信信号に対し、検波などの処理を施して超音波断層像を構成する。ここでの超音波断層像は、探触子１０のスキャン面に対応した二次元画像である。そして、超音波像構成部１４は、超音波断層像を画像メモリ制御部２４に出力する。

画像メモリ制御部２４は、超音波像構成部１４から出力された超音波断層像ごとにフレーム番号を関連付けて記憶領域に格納する。フレーム番号とは、超音波断層像に対応する画像管理番号である。

また、探触子１０の位置や傾きなどを取得する磁気位置センサ２２が設けられている。磁気位置センサ２２は、探触子１０に貼付された磁気信号検出手段としての磁気センサと、ベッドなどに取り付けられた磁場発生器としてのソースと、磁気センサから出力された検出信号に基づき探触子１０の位置や傾き等（以下、探触子１０の位置データと適宜称する）を算出する演算手段とを有する。そして、磁気位置センサ２２は、探触子１０の位置データを位置情報演算保持部２６に出力する。なお、磁気信号を利用した形態に代えて、光信号を利用した形態を適用してもよい。要は、探触子１０の位置データを取得できればよい。

位置情報演算保持部２６は、探触子１０の位置データを超音波断層像のフレーム番号に関連付ける。例えば、磁気位置センサ２２から出力された探触子１０の位置データと、画像メモリ制御部２４から通知されたフレーム番号とを関連付ける。そして、位置情報演算保持部２６は、制御指令に応じ、探触子１０の位置データを位置情報取得部２８に出力する。

位置情報取得部２８は、位置情報演算保持部２６から出力された探触子１０の位置データを取り込む。例えば、位置情報取得部２８は、リアルタイム撮像の際は、撮像中の探触子１０の位置データを位置情報演算保持部２６から取得する。また位置情報取得部２８は、いわゆるフリーズ撮像の際は、画像メモリ制御部２４から読み出される超音波断層像に関連付けられた探触子１０の位置データを位置情報演算保持部２６から取得する。そして、位置情報取得部２８は、ガイド情報演算部２０とリファレンス画像構成部３０に位置データを出力する。

また、被検体Ｈに関する三次元画像データ（以下、ボリュームデータという）を取り込むボリュームデータ取得処理部１８が設けられている。ここでのボリュームデータは、超音波撮像装置、Ｘ線ＣＴ撮像装置、磁気共鳴撮像装置などの画像撮像装置によって例えば治療前に取得されたものである。ボリュームデータ取得処理部１８は、画像撮像装置から取り込んだボリュームデータを記憶領域に格納する。そして、ボリュームデータ処理部１８は、操作パネル３２を介して入力された指令に応じ、記憶領域からボリュームデータを読み出してリファレンス画像構成部３０や関心領域指定部３４に出力する。

リファレンス画像構成部３０は、位置情報取得部２８から通知された探触子１０の位置データに基づき、ボリュームデータ取得処理部１８から出力されたボリュームデータを用いてリファレンス画像を再構成する。例えば、リファレンス画像構成部３０は、リアルタイム撮像の際は、撮像中の探触子１０のスキャン面と同一断面の断層画像をリファレンス画像として再構成する。またリファレンス画像構成部３０は、いわゆるフリーズ撮像の際は、画像メモリ制御部２４から読み出される超音波断層像と同一断面の断層像をリファレンス画像として再構成する。

関心領域指定部３４は、ボリュームデータ取得処理部１８から出力されたボリュームデータに対して関心領域を設定する。ここでの関心領域とは、診断又は治療すべき部位（例えば、肝腫瘍）に対応した点や範囲である。例えば、関心領域指定部３４は、ボリュームデータから構成された断面方向が異なる複数の断層画像を次々に表示させる。そして、関心領域指定部３４は、断層像上に関心領域を指定させ、指定領域のボクセル座標（以下、関心領域の位置データと適宜称する）をガイド情報演算部２０に出力する。なお、このような関心領域の指定は、操作パネル３２を介して行われる。

ガイド情報演算部２０は、関心領域指定部３４から関心領域の位置データを取得するとともに、また位置情報取得部２８から探触子１０の位置データを設定時間間隔（例えば、リアルタイム）で取得する。そして、ガイド情報演算部２０は、関心領域に対する探触子１０の相対位置を演算し、その相対位置の大きさの変化に追従して表示形態が変わる画像をガイド情報として生成する。ここでのガイド情報は、撮像中の探触子１０の位置や傾きを目標状態に案内するための客観的指標である。例えば、ガイド情報は、探触子１０の目標移動方向、目標移動量、目標傾斜角、回転方向などを示すガイド画像やキャラクタ画像であり、探触子１０の位置や傾きに応じて随時更新される。なお、目標状態とは、探触子１０のスキャン面に関心部位の位置が含まれる際の探触子１０の位置や傾きのことである。

またガイド情報演算部２０は、関心領域に対する探触子１０の相対位置の大きさの変化に追従して発音間隔を変える指令を発音手段としての音発生部３５に指令を出力することもできる。例えば、ガイド情報演算部２０は、関心領域に対する探触子１０の相対位置の大きさが小さくなるにつれて音発生間隔を短縮する指令を出力できる。またガイド情報演算部２０は、相対位置の大きさがゼロになった際つまり探触子１０が目標状態になった際に報知音を発生する指令を出力できる。なお、ここでの音発生部３５は、音を間欠的に発生するブザーやスピーカなどから構成されている。

表示制御部３６は、画像メモリ制御部２４から読み出された超音波断層像と、リファレンス画像構成部３０から出力されたリファレンス画像と、ガイド情報演算部２０から出力されたガイド情報とを画像表示部１６に表示させる。ここでの超音波断層像は、探触子１０のスキャン面に対応する超音波像である。リファレンス画像は、表示中の超音波断層像と同一断面の断層画像である。ガイド情報は、探触子１０のスキャン面をリファレンス画像の断層画像と同一断面に設定するため、リファレンス画像に設定した関心領域の位置に探触子１０を誘導する例えば矢印画像である。

なお、表示制御部３６は、操作パネル３２から入力された指令に応じて制御を実施する。例えば、表示制御部３６は、操作パネル３２から入力された指令に応じ、フリーズ撮像時に超音波断層像を画像メモリ制御部２４から読み出す制御や、超音波断層像に並べてリファレンス画像を表示させる制御や、ガイド情報を表示させる制御や、ガイド情報を選択して切替え表示させる制御を行う。操作パネル３２は、キーボード、マウス、ポインティングデバイス等の入力手段を有する。

このように構成される超音波装置の基本動作を説明する。まず、被検体Ｈの例えば体表に探触子１０を接触させる。その後、探触子１０に送受信部１２から駆動信号を供給すると、探触子１０から超音波が被検体Ｈに向けて照射される。超音波が被検体Ｈを伝播する過程で生じる反射エコーは、探触子１０により受波されて受信信号に変換される。探触子１０から出力される受信信号は、送受信部１２により増幅などの処理が施される。処理後の受信信号に基づいて、超音波像構成部１４により超音波断層像が再構成される。再構成された超音波断層像は、画像メモリ制御部２４に記憶される。記憶された超音波断層像は、表示制御部３６により読み出された後、画像表示部１６の画面に表示される。

また、超音波断層像が撮像されるのと同時に、その超音波断層像と同一断面のリファレンス画像がリファレンス画像構成部３０によりボリュームデータから再構成される。ここでのボリュームデータは、ボリュームデータ取得処理部１８により例えばＸ線ＣＴ装置から取り込まれたものであり、治療前の被検体Ｈに関するものである。そして、リファレンス画像は、表示制御部３６により読み出された後、画像表示部１６に超音波断層像と同一画面に並べて表示される。

本実施形態の超音波撮像処理について詳細に説明する。本処理は、被検体Ｈの例えば治療前に行う準備工程と、被検体Ｈの例えば治療後に行う撮像工程に大別される。図２は、本実施形態の準備工程を示すフローチャートである。

<ボリュームデータの取得工程：Ｓ１００>
まず、被検体に関するボリュームデータは、Ｘ線ＣＴ装置などの画像撮像装置により予め複数構築されている。それらのボリュームデータのうち治療前の被検体Ｈに関するボリュームデータは、処理対象データとして操作パネル３２で指定される。例えば、画像表示部１６にグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が表示された後、そのＧＵＩを介して操作パネル３２からボリュームデータ選択指令が入力される。ここでのＧＵＩは、ボリュームデータの格納先（例えば、画像撮像装置やデータベースサーバ）を指定する入力欄と、ボリュームデータの名称（例えば、治療前の被検体Ｈ）を指定する入力欄などが表示されたメニュ画面である。そして、ボリュームデータ取得処理部１８は、治療前の被検体Ｈに関するボリュームデータを格納先から取得する。

<ボリュームデータの座標基準点の設定工程：Ｓ１０１>
ボリュームデータ取得処理部１８は、治療前の被検体Ｈに関するボリュームデータに対し、基準となる座標原点を設定する。例えば、ボリュームデータ取得処理部１８は、ボリュームデータから複数の断層画像を構成し、表示制御部３６を介して画像表示部１６に断層画像を順番に表示させる。次に、表示中の断層画像上の特徴部位（例えば剣状突起）が基準点として操作パネル３２により指定される。そして、ボリュームデータ取得処理部１８は、基準点を原点とする三次元直交座標をボリュームデータの座標として割り当てる。なお、ボリュームデータ取得処理部１８は、探触子１０に関する情報（例えば、セクタ型探触子の走査範囲、コンベックス型探触子の走査範囲）を取り込み、取り込んだ情報に基づいて、断層画像上で基準点を指定可能な範囲を制限してもよい。なお、ボリュームデータに基準点が既に設定されている場合は、本工程を省略してよい。

<関心領域の設定工程：Ｓ１０２>
関心領域指定部３４は、治療前の被検体Ｈに関するボリュームデータに対し、診断又は治療すべき部位（例えば、肝腫瘍）を関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）として設定する。例えば、関心領域指定部３４は、ボリュームデータから複数の断層画像を構成し、表示制御部３６を介して画像表示部１６に断層画像を順番に表示させる。次に、表示中の断層画像上の肝腫瘍の部位が関心領域として操作パネル３２により指定されると、関心領域指定部３４は、Ｓ１０１の工程で設定された座標系における関心領域の位置データをガイド情報演算部２０に出力する。なお、ここでの関心領域は、１つ又は複数の点でもよいし、ある幅を有する範囲でもよい。またボリュームデータに関心領域が既に設定されている場合は、本工程を省略できる。

<探触子１０の位置座標の設定工程：Ｓ１０３>
探触子１０の位置座標は、Ｓ１０１の工程で設定されたボリュームデータの座標に対応付けられる。より具体的には、被検体Ｈの体表に探触子１０を接触させて超音波撮像を実行すると、画像表示部１６は超音波断層像を表示する。次に、表示中の超音波断層像上の特徴部位（例えば剣状突起）が基準点として操作パネル３２により指定されると、磁気位置センサ２２は、基準点を原点とする三次元直交座標を探触子１０の位置座標として割り当てる。要するに、探触子１０の座標の原点とボリュームデータの座標の原点とを合わせることによって、探触子１０のスキャン面座標は、ボリュームデータの座標に対応付けられる。なお、超音波断層像に剣状突起が描画された際の探触子１０の位置を基準点として取り込んでもよい。その場合、剣状突起が最大の大きさで超音波断層像に描画された際の位置を基準点とするのが望ましい。探触子１０の基準点を取り込むタイミングなどは、操作パネル３２に対する入力指令で決められる。

本実施形態の準備工程をＳ１０１〜Ｓ１０３の工程に分けて説明したが、この形態に限られるものではない。要するに、ボリュームデータ取得処理部１８により取得されたボリュームデータ座標と、探触子１０のスキャン面座標とを対応づけできる方法であればよい。

図３は、本実施形態の撮像工程を示すフローチャートである。図３に示す撮像工程は、被検体Ｈの例えば治療中又は治療後に、治療前に設定した関心領域を超音波像に再描画させるものである。したがって、本撮像工程で表示された超音波像を視認すると、例えば被検体Ｈの治療効果を確認できるし、治療用超音波で関心領域を治療する低侵襲性治療（ＩＶＲ：interventional radiology）を的確に行うことができる。

<探触子１０の位置データの取得工程：Ｓ２００>
治療中又は治療後の被検体Ｈに対して探触子１０を接触させながら超音波走査するに際し、磁気位置センサ２２は、探触子１０の位置データを設定時間間隔で取得する。ここでの設定時間間隔は、必要に応じて変更できるが、リアルタイムに位置データを取得するのが望ましい。そして、磁気位置センサ２２は、位置情報演算保持部２６を介して位置情報取得部２８に探触子１０の位置データを渡す。

<ガイド情報の生成工程：Ｓ２０１>
ガイド情報演算部２０は、位置情報取得部２８から取り込んだ探触子１０の位置データと、関心領域指定部３４から取り込んだ関心領域の位置データとに基づいて、撮像中の探触子１０の位置や傾きを目標状態に案内するためのガイド情報が演算される。ここでの目標位置データとは、撮像中の探触子１０のスキャン面に関心部位が含まれる際の超音波探触子の位置や傾きのデータである。より具体的には、ガイド情報演算部２０は、関心領域に対する探触子１０の相対位置を設定時間間隔（例えば、リアルタイム）で演算する。次に、ガイド情報演算部２０は、演算後の相対位置に基づいてガイド情報を生成する。ガイド情報とは、探触子１０の目標移動方向、目標移動量、目標傾斜角、目標回転方向を示すガイド画像やキャラクタ画像等であるが、これらに限られるものではない。要するに、ガイド情報は、撮像中の探触子１０の位置をどの方向にどれだけ移動させると、超音波断層像に関心領域を再描画できるかということを示す客観的な指標であればよい。

なお、ガイド情報演算部２０は、関心領域に対する探触子１０の相対位置を演算するが、関心領域に対する探触子１０のスキャン面の相対位置を演算しても実質的に同じである。したがって、本実施形態では、関心領域に対する探触子１０の相対位置とは、関心領域に対する探触子１０のスキャン面の相対位置を含むものとする。また、骨や臓器などで関心領域を超音波断層像に再描画させ難いときのために、ガイド情報演算部２０は、骨等と関心領域と探触子１０のスキャン面との相対位置関係が現わされた三次元ガイド情報を生成できる。

<表示工程：Ｓ２０２>
表示制御部３６は、画像メモリ制御部２４から読み出された超音波断層像と、リファレンス画像構成部３０から読み出されたリファレンス画像と、ガイド情報演算部２０から読み出されたガイド情報とを画像表示部１６の画面に同一時に表示させる。ここでの超音波断層像は、探触子１０の位置や傾きが変化するにつれて描画が変わるものであり、例えば治療後画像と称することができる。また、超音波断層像と同一断面で表示されるリファレンス画像は、超音波断層像の変化に追従して更新されるものであり、例えば治療前画像と称することができる。超音波断層像とリファレンス断層像を対比観察すると、例えば、被検体Ｈの治療前と治療後（又は治療中）を対比できるし、低侵襲性治療を的確に行うことができる。また、探触子１０の位置や傾きが変化するにつれてガイド情報も随時更新される。このガイド情報を参照しながら探触子１０の位置や傾きを調整すると、探触子１０のスキャン面が関心領域に対して近づいたり、遠ざかることを監視できる。

上述のように、本実施形態によれば、ガイド情報は、撮像中の探触子１０の位置や傾きを目標状態に案内するための客観的指標として画像表示部１６に表示される。このようなガイド情報を視認することにより、探触子１０の目標移動方向や目標移動量や目標傾斜角などを定量的に把握できる。その結果、ガイド情報に従って探触子１０の位置や傾きを調整すると、操作者の異同にかかわらず、超音波像に関心領域を的確かつ簡単に再描画できる。すなわち、撮像中の超音波断層像に関心領域を再描画させるのが的確かつ簡単になるから、操作者にとっての使い勝手が向上する。

図４は、ボリュームデータに関心領域を設定する画面の表示例である。この設定画面は、図２のＳ１０２の工程で表示される。図４に示す設定画面は、断面方向が異なる複数の断層画像が並べて表示されている。それらの断層画像は、被検体Ｈに関するボリュームデータから構成されたものである。より具体的には、図４に示す設定画面は、被検体Ｈの短軸断面が描画された断層画像の表示エリア５２と、被検体Ｈの長軸断面が描画された断層画像の表示エリア５４と、被検体Ｈの輪切り断面が描画された断層画像の表示エリア５５とを有する。

また、設定画面は、被検体Ｈに関するボリュームデータから例えばレンダリング処理で構成された三次元立体画像の表示エリア５６と、三次元立体画像の断面を決定するスライス面画像５８と三次元立体画像との合成画像の表示エリア６０を有する。また設定画面は、複数の表示エリア５２、５２、５４に表示された断層画像から選択された関心領域設定用の断層画像の表示エリア５９を有する。

さらに、設定画面は、操作パネル３２を介して関心領域を設定するためのＧＵＩメニュ６４を備えている。ＧＵＩメニュ６４は、関心領域の指定ポイントを移動させるボタンと、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を有する三次元直交座標で関心領域を指定する入力欄と、関心領域の決定ボタンを有する。

このような設定画面により、被検体Ｈの治療前に、その治療部位が関心領域としてボリュームデータに設定される。まず、表示エリア６０に三次元立体画像とスライス面画像５８が表示される。操作パネル３２を介してスライス面画像５８の位置や傾きを調整することにより、三次元立体画像の複数の断面が決定される。各断面に対応した断層画像は、表示エリア５２、５４、５５に表示される。それら複数の断層画像から所期の断層画像を選択すると、選択画像は表示エリア５９に表示される。次に、表示エリア５９の断層画像を参照しつつＧＵＩメニュ６４に関心領域の位置を入力すると、関心領域に対応するマークが断層画像上に表示される。なお、関心領域のマークを移動させるに際し、ＧＵＩメニュ６４を介してＸ軸座標やＹ軸座標やＺ軸座標を入力してもよいし、マウスなどの動きに追従させてもよい。そして、関心領域の決定ボタンをクリックすると、関心領域の位置が決定される。このような設定画面により、被検体Ｈの治療又は診断すべき関心領域をボリュームデータに設定する作業を対話的に行えるので、操作者にとっての使い勝手が向上する。

図５は、被検体Ｈの関心領域を超音波像に再描画させた際の表示例である。図５に示す超音波像は、図２のＳ１０３の工程で表示される。図５に示すように、表示画面は、撮像中の探触子１０のスキャン面に対応した超音波断層像の表示エリア６８と、表示エリア６８の超音波像と同一断面のリファレンス画像の表示エリア６６を有する。また表示画面は、探触子１０のスキャン面を関心領域の位置に誘導するガイド情報の表示エリア７０と、探触子１０の位置マークが被検体Ｈに関するボディマークに重ねて表示される表示エリア７１を有する。

例えば、被検体Ｈを治療した後、本実施形態の超音波撮像を開始すると、探触子１０のスキャン面に対応した超音波断層像が表示エリア６８に表示される。また表示エリア６８の超音波断層像と同一断面のリファレンス画像が表示エリア６６に同時に表示される。表示エリア６８の超音波断層像は、被検体Ｈの関心領域の現在の組織が描画されたものであるし、探触子１０の位置や傾きの変化に応じてリアルタイムに更新される。表示エリア６６のリファレンス画像は、被検体Ｈの関心領域の過去の組織が描画されたものであるし、表示エリア６８の超音波断層像の変化に追従して更新される。

表示エリア７０のガイド情報を参照しつつ探触子１０の位置や傾きを調整すると、表示エリア６８の超音波断層像に現在の関心領域が描画されるとともに、表示エリア６６のリファレンス像に過去の関心領域が描画される。ここでの関心領域は、図２のＳ１０２の工程で設定されたものである。表示エリア６８の超音波断層像と表示エリア６６のリファレンス画像を対比観察すると、例えば、関心領域の治療効果や病症の治癒具合を確認できる。

なお、図５の例は、表示エリア６６と表示エリア６８を並べて配置するとともに、表示エリア６６の一部にボディマークを重ねて表示し、表示エリア６８の一部にガイド情報を重ねて表示している。ただし、この形態に限らず、操作パネル３２に入力された指令に応じ、診断又は治療に支障のない範囲内で表示位置を変更できる。

図６は、関心領域に対する探触子１０の相対位置に基づいて、探触子１０のスキャン面を関心領域の位置に誘導するガイド情報が表示された例を示す図である。図６（Ａ）に示すように、ガイド情報として数値と図形が表示されている。数値のガイド情報として、探触子１０の縦方向（Ｘ軸方向）の目標距離８０と、横方向（Ｙ軸方向）の目標距離８２と、深さ方向（Ｚ軸方向）の目標距離８４と、探触子の傾きを示す目標角度８６が表示されている。ここでのＸ軸方向は被検体Ｈの長手方向に対応し、Ｙ軸方向はＸ軸方向に直交する被検体Ｈの短手方向に対応し、Ｚ軸方向はＸ軸及びＹ軸に直交する被検体Ｈの深度方向に対応している。また、図形のガイド情報として、スキャン面画像７４と三次元立体画像７６を同一座標系で合成した画像が表示されている。三次元立体画像７６は、被検体Ｈに関するボリュームデータに基づいて表面が描画されたレンダリング画像である。スキャン面画像７４は、探触子１０のスキャン面に対応した板状の画像であり、三次元立体画像７６に差し込まれて表示されている。ここで三次元立体画像７６とスキャン面画像７４が合成された座標の画素は、視線方向の手前側の画像が表示される。したがって、三次元立体画像７６とスキャン面画像７４の視線方向つまり奥行き方向の位置関係を容易に把握できる。また三次元立体画像７６に対する探触子１０の相対位置を表示してもよい。

例えば、図６の目標距離８０，８２，８４や目標角度８６は、関心領域に対する探触子１０の相対位置に基づいたガイド情報である。本例では、目標距離８０は１２．５ｍｍ、目標距離８２は５．８ｍｍ、目標距離８４は１８．５ｍｍ、目標角度８６は６０°と表示されている。この場合は、目標距離８０を視認しながら、探触子１０をＸ軸方向に１２．５ｍｍだけ移動する。また目標距離８２を視認しながら、探触子１０をＹ軸方向に５．８ｍｍだけ移動する。さらに目標角度８６を視認しながら、探触子１０をＺ軸に対して６０°だけ傾斜する。すなわち、目標距離８０、８２や目標角度８６がゼロになるように、探触子１０の位置や傾きが調整される。そして、Ｚ軸方向に１８．５ｍｍの深度に対して超音波ビーム走査することによって、関心領域７２が描画された超音波断層像及びリファレンス画像を取得できる。なお、関心領域７２が描画された際、例えばガイド情報を点滅させてもよい。

また、探触子１０の位置や傾きを調整すると、図６（Ｂ）に示すように、探触子１０の変化に追従してスキャン面画像７４が移動（例えば傾斜）するため、スキャン面と関心領域の相対位置を視覚的に把握できる。このようにガイド情報を表示することにより、被検体Ｈの関心領域を超音波断層像に再描画することが的確かつ簡単になるので、操作者にとっての使い勝手が向上する。

また、ガイド情報として数値又は図形を表示する形態を説明したが、それに代えて又はそれとともに、ガイド情報として音を適用できる。例えば、探触子１０の位置や傾きを調整する過程で、探触子１０のスキャン面に関心領域７２の位置が含まれると、音発生部３５から報知音が発生される。また、音発生部３５は、音を間欠的に発生させる場合、探触子１０のスキャン面が関心領域に近づくにつれて音の発生間隔を短縮し、逆に探触子１０のスキャン面が関心領域から遠ざかるにつれて音の発生間隔を増大することができる。これにより音の発生間隔に耳を傾けるだけで、関心領域に対するスキャン面の位置ズレを簡単に把握できるので、操作者にとっての使い勝手が向上する。

図７は、図６の表示形態に加えて、ガイド情報としての模型画像８８が表示された形態を示す図である。図７に示すように、模型画像８８は、三次元立体画像７６を模式的に現わした画像であり、被検体Ｈに関するボリュームデータから構成される。より具体的には、模型画像８８は、ボリュームデータのボクセル単位で実線が描画された格子状の透過画像である。すなわち、模型画像８８は、被検体Ｈの奥行き方向が透けて表示される点で、被検体Ｈの表面のみが表示された三次元立体画像７６と異なる。ここでの模型画像８８は、スキャン面画像７４と関心領域７２が同一座標系で合成して表示されている。したがって、被検体Ｈと探触子１０のスキャン面と関心領域との相互の相対位置をより一層容易に把握できる。

例えば、図６の場合と同様に、目標距離８０を視認しながら、探触子１０をＸ軸方向に１２．５ｍｍだけ移動する。また目標距離８２を視認しながら、探触子１０をＹ軸方向に５．８ｍｍだけ移動する。さらに目標角度８６を視認しながら、探触子１０をＺ軸に対して６０°だけ傾斜する。そして、Ｚ軸方向に１８．５ｍｍの深度に対して超音波ビーム走査することによって、超音波断層像に関心領域７２が描画される。このように探触子１０の位置や傾きを調整する過程で、図７に示す例では、探触子１０のスキャン面と関心領域７２との相対位置関係が模型画像８８上で視覚的に把握される。これにより、探触子１０の位置や傾きを調整する作業が一層容易になる。

図８は、関心領域に対する探触子１０の相対位置に基づいた他のガイド情報の表示例を示す図である。例えば、図８に示すように、回転矢印９２ａ，９２ｂが表示されている。回転矢印９２ａ，９２ｂは、関心領域７２に対する探触子１０の例えばＺ軸まわりの回転方向又は逆回転方向を示している。また、探触子１０のＸ軸方向の目標移動方向を示す矢印９３と、Ｙ軸方向の目標移動方向を示す矢印９４が表示されている。矢印９３，９４は、関心領域７２に対する探触子１０の距離に応じて幅や色が変化する。例えば、探触子１０と関心領域７２が比較的近い場合、矢印９３，９４の幅が縮小し、あるいは矢印９３，９４が青色に表示される。逆に、探触子１０と関心領域７２が比較的離れている場合、矢印９３，９４の幅が増大し、あるいは矢印９３，９４が赤色に表示される。

また、探触子１０の目標位置を立体的に指し示す三次元矢印を表示してもよい。三次元矢印は、探触子１０の目標距離８０，８２，８４と目標角度８６に基づいて構成されたベクトル画像である。また三次元矢印は、関心領域７２に対する探触子１０の三次元距離に応じて幅や色が変化する。ここでの三次元距離は、目標距離８０，８２，８４を基に三平方の定理から求められる。

図９は、ボリュームデータに関心領域を設定する画面の他の表示例を示す図である。図９は、関心領域が所定の範囲を有する場合の設定画面である点で、関心領域が点である場合の図４の設定画面と異なる。したがって、図４の設定画面との相違点を中心に説明をする。

図９（Ａ）に示すように、設定画面は、被検体Ｈの断面が異なる断層画像の表示エリア５９，５２，５４を有する。表示エリア５９には、キャリパマークが断層画像に重畳して表示されている。次に、図９（Ｂ）に示すように、キャリパマークが操作パネル３２を介して関心領域１００の位置に合わせられる。そして、操作パネル３２から関心領域決定の指令が入力されると、図９（Ｃ）に示すように、キャリパマークの位置を含んだ組織範囲が関心領域１００として設定される。ここでは、キャリパマークの位置の輝度情報や組織弾性情報を基準とし、輝度情報や組織弾性情報が設定範囲に含まれる画素領域が関心領域１００として自動設定される。例えば、キャリパマークの位置と同じ輝度で表示される画像領域を関心領域１００として設定される。なお、関心領域１００を予め決めた色に表示するなど、関心領域１００が設定されたことを認識可能にするのが好ましい。

関心領域１００が指令されると、図９（Ｄ）に示すように、関心領域１００を含む目標断面１０２が指定される。目標断面は、被検体Ｈの治療後に超音波撮像をする際、撮像中の探触子１０のスキャン面が誘導される断面になる。例えば、関心領域１００が最大に描画される断面が指定される。ただし、診断又は治療に必要な断面を適宜指定できるし、図９（Ｄ）に示すように、目標断面１０２を例えば移動又は回転させることによって新たな目標断面１０２ａを設定できる。

図９（Ｄ）の目標断面１０２の設定について説明を加える。図１０は、目標断面の設定画面の表示例を示す図である。図１０Ａは、説明の便宜上、図９（Ｄ）の表示エリア５４の関心領域１００を抽出して表した図である。関心領域１００に目標断面１０２を指定すると、目標断面１０２に対応した断層画像１０４が表示される。ここでの関心領域１００は、図１０（Ｃ）に示すように、断層画像１０４に比較的小さく描画されている。次に、目標断面１０２を変更して新たな目標断面１０２ａを再指定すると、目標断面１０２ａに対応した断層画像１０４ａが表示される。図１０（Ｂ）に示すように、関心領域１００は、断層画像１０４ａに比較的大きく描画されている。ここで断層画像１０４ａが診断又は治療に適していると判断される場合は、目標断面１０２に代えて、目標断面１０２ａが選択される。すなわち、目標断面１０２ａは、被検体Ｈの治療後に超音波撮像をする際、撮像中の探触子１０のスキャン面が誘導される断面として設定される。

図１１は、図５の表示画面に図９及び図１０の設定画面を並べて表示した例を示す図である。図１１に示すように、表示画面は、撮像中の探触子１０のスキャン面に対応した超音波断層像の表示エリア６８と、表示エリア６８の超音波像と同一断面のリファレンス画像の表示エリア６６を有する。この表示画面に並んで設定画面が配置されている。設定画面は、被検体Ｈの断面が異なる断層画像の表示エリア５９，５２，５４と、目標断面１０２ａに対応した断層画像１０４ａの表示エリアを有する。

図９〜図１１に示した設定画面によれば、関心領域１００が所定の範囲を有する場合でも、関心領域１００が適切に描画される目標断面１０２ａを対話的に設定できるので、操作者にとっての使い勝手が向上する。例えば、関心領域１００
が最大に描画される目標断面１０２ａを簡単に設定できる。そして、被検体Ｈの治療中又は治療後は、探触子１０のスキャン面を目標断面１０２ａに誘導するガイド情報が表示されることになる。

以上、実施形態により本発明を説明したが、これに限られるものではない。動きを伴う関心部位（例えば、心臓や血管などの循環器）を診断又は治療する場合は、ボリュームデータの各ボクセルに被検体Ｈの座標を対応づけることに加えて、各ボクセルに動きデータ（例えば、心時相データ、脈波データ）を関連付けることが望ましい。これにより、関心部位の形状が時間的に変化するときでも、超音波断層像と同一断面及び同一時相のリファレンス画像を表示できる。

また、本実施形態の超音波装置は、いわゆるＲＶＳ（Real-time Virtual Sonography）技術を適用したものである。ＲＶＳ技術とは、撮像中の超音波像を表示すると同時に、その超音波像と同一断面のリファレンス画像をボリュームデータから抽出して表示するものである。ただし、ＲＶＳ技術を適用した超音波装置に限られず、要するに、被検体Ｈに関するボリュームデータに関心領域が予め設定されている際、現在の探触子１０のスキャン面を関心領域の位置に誘導すべき場合に本発明を適用できる。

また、図１に示すように、本実施形態の超音波撮像に必要な制御機能をブロック単位で説明したが、各制御機能を超音波撮像プログラムとして集約し、その超音波撮像プログラムを制御用コンピュータに実行させることもできる。例えば、超音波撮像プログラムは、被検体Ｈとの間で超音波を送受する探触子１０に送波用駆動信号を供給する手順と、探触子１０から出力される受信信号を処理する手順と、受信処理後の信号に基づき超音波像を構成する手順と、超音波像を表示する手順とを制御用コンピュータに実行させる。この超音波撮像プログラムは、探触子１０の位置データと、予め取得した被検体Ｈに関するボリュームデータに設定された関心領域の位置データとに基づき、探触子１０のスキャン面を被検体Ｈの関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して画像表示部１６に表示させる手順を制御用コンピュータに実行させる。

以上、本実施形態によれば、被検体の関心領域を超音波像に再描画するのにより好適な超音波装置を実現できる。

上述のとおり、本発明を適用した一実施形態の超音波装置を説明したが、本発明を適用した超音波装置は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形態で実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈されるものではない。すなわち、本発明の範囲は、均等範囲に属する変形や変更を含むものとする。

Claims (17)

1. 被検体との間で超音波を送受する超音波探触子と、該超音波探触子に送波用駆動信号を供給する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する受信手段と、該受信手段から出力される信号に基づき超音波像を構成する画像構成部と、前記超音波像を表示する表示手段とを備えた超音波装置において、
   前記被検体に関するボリュームデータを取り込む取得手段と、前記ボリュームデータに基づいて断層画像を構成し、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する関心領域設定手段と、
   前記超音波探触子の位置データと前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して前記表示手段に表示させ、前記関心領域に対する前記超音波探触子の距離に応じて前記ガイド情報の色を変化させるガイド情報生成手段を有することを特徴とする超音波装置。
2. 前記ガイド情報生成手段は、前記超音波探触子の位置データを設定時間間隔で取り込み、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記関心領域に対する前記超音波探触子の相対位置を演算し、該相対位置から前記ガイド情報を生成する請求項１に記載の超音波装置。
3. 前記ガイド情報生成手段は、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子の目標移動方向を示す矢印画像を前記ガイド情報として生成して表示し、前記関心領域に対する前記超音波探触子の距離に応じて前記矢印画像の矢印の幅や色を変化させる請求項１に記載の超音波装置。
4. 前記ガイド情報生成手段は、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記関心領域に対する前記超音波探触子の相対位置を演算し、該相対位置の大きさの変化に追従して発音間隔を変える指令を発音手段に出力する請求項１に記載の超音波装置。
5. 前記ガイド情報は、前記超音波探触子の移動方向、移動量、傾斜角、回転方向の少なくとも１つを含み、前記超音波探触子のスキャン面を前記ボリュームデータの前記関心領域が設定された断層面に誘導する情報である請求項１に記載の超音波装置。
6. 前記表示手段は、前記超音波探触子のスキャン面に対応する超音波像と前記ガイド情報とが同一画面に表示される請求項１に記載の超音波装置。
7. 前記表示手段は、前記超音波探触子のスキャン面に対応する超音波像と、前記ボリュームデータに基づき構成され前記超音波像と同一断面のリファレンス画像と、前記ガイド情報とが同一画面に表示される請求項１に記載の超音波装置。
8. 前記表示手段は、前記ボリュームデータに基づき構成された三次元画像に、前記超音波探触子のスキャン面に対応する画像が同一座標系で合成して表示される請求項１に記載の超音波装置。
9. 前記表示手段は、前記ボリュームデータに基づき構成された格子状の透明模型画像に、前記超音波探触子のスキャン面に対応する画像と前記関心領域に対応する画像が同一座標系で合成して表示される請求項１に記載の超音波装置。
10. 前記ボリュームデータ取得手段は、超音波撮像装置、Ｘ線ＣＴ撮像装置、磁気共鳴撮像装置の少なくとも１つにより構成された前記ボリュームデータを取得する請求項１に記載の超音波装置。
11. 被検体との間で超音波を送受する超音波探触子に送波用駆動信号を供給する手順と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する手順と、前記受信処理後の信号に基づき超音波像を構成する手順と、前記超音波像を表示する手順とを制御用コンピュータに実行させる超音波撮像プログラムにおいて、
    前記被検体に関するボリュームデータを取り込む手順と、前記ボリュームデータに基づいて断層画像を構成する手順と、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する手順と、
    前記超音波探触子の位置データと前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して表示手段に表示させ、前記関心領域に対する前記超音波探触子の距離に応じて前記ガイド情報の色を変化させる手順を前記制御用コンピュータに実行させることを特徴とする超音波撮像プログラム。
12. 被検体との間で超音波を送受する超音波探触子に送波用駆動信号を供給する工程と、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する工程と、前記受信処理後の信号に基づき超音波像を構成する工程と、前記超音波像を表示する工程とを備えた超音波撮像方法において、
    前記被検体に関するボリュームデータを取り込む工程と、前記ボリュームデータに基づいて断層画像を構成する工程と、前記断層画像に重畳されるマークの位置と、前記断層画像の輝度情報と組織弾性情報の少なくとも一方を基準として前記輝度情報と前記組織弾性情報の少なくとも一方が設定範囲に含まれる画素領域を関心領域として設定する工程と、
    前記超音波探触子の位置データと前記設定された関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子のスキャン面を前記関心領域の位置に誘導するガイド情報を生成して表示手段に表示させ、前記関心領域に対する前記超音波探触子の距離に応じて前記ガイド情報の色を変化させる工程を有することを特徴とする超音波撮像方法。
13. 前記ガイド情報を生成する工程は、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記関心領域に対する前記超音波探触子の相対位置を演算し、該相対位置に基づいて前記ガイド情報を生成する請求項１２に記載の超音波撮像方法。
14. 前記ガイド情報を生成する工程は、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記関心領域に対する前記超音波探触子の相対位置を演算し、該相対位置の大きさの変化に追従して発音間隔を変える指令を生成する請求項１２に記載の超音波撮像方法。
15. 前記ガイド情報を生成する工程は、前記超音波探触子の位置データと前記関心領域の位置データとに基づき、前記超音波探触子の目標移動方向を示す矢印画像を前記ガイド情報として生成して表示し、前記関心領域に対する前記超音波探触子の距離に応じて前記矢印画像の矢印の幅や色を変化させる請求項１２に記載の超音波撮像方法。
16. 前記ガイド情報は、前記超音波探触子の移動方向、移動量、傾斜角、回転方向の少なくとも１つを含み、前記超音波探触子のスキャン面を前記ボリュームデータの前記関心領域が設定された断層面に誘導する情報である請求項１２に記載の超音波撮像方法。
17. 前記超音波像を表示する工程は、前記超音波探触子のスキャン面に対応する超音波像と前記ガイド情報とが同一画面に表示される請求項１２に記載の超音波撮像方法。

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